周立功ARM培训PPT(全套)

周立功单片机
• 嵌入式处理器
——嵌入式片上系统(SOC)
随着EDA的推广和VLSI设计的普及化及半导体工艺的迅速发展， 在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是 System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的 标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为 VLSI设计中一种标 准的器件，用标准的 VHDL等语言描述，存储在器件库中。用户只 需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体 工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统 大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很 简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SoC可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的TriCore、 Motorola的M-Core、某些ARM系列器件、Echelon和Motorola联合研 制的Neuron芯片等。专用SoC一般专用于某个或某类系统中，不为 一般用户所知。一个有代表性的产品是Philips的Smart XA，它将XA 单片机内核和支持超过2048 位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块 硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言的专用的SOC，可用于公众 互联网如Internet安全方面。
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 实时操作系统的特点
一般实时操作系统应用于实时处理系统的上位机 和实时查询系统等实时性较弱的实时系统，并且提供 了开发、调试、运用一致的环境。 嵌入式实时操作系统应用于实时性要求高的实时 控制系统，而且应用程序的开发过程是通过交叉开发 来完成的，即开发环境与运行环境是不一致。嵌入式 实时操作系统具有规模小(一般在几K～几十K 内)、可 固化使用实时性强(在毫秒或微秒数量级上)的特点 。
ROM
RAM
外设1
CPU 外设2
单板计算机
周立功单片机
• 嵌入式处理器
——嵌入式微控制器
嵌入式微控制器又称单片机，它是将整个计算机系统集成到一 块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯 片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、 WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、 EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一 个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都 是一样的，不同的是存储器和外设的配臵及封装。这样可以使单片 复位 看门狗 晶振 机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和 部件 部件 部件 成本。 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积 定时器 I/O CPU核 大大减小，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前 部件 部件 嵌入式系统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富， 中断 适合于控制，因此称微控制器。 ROM SRAM 部件 部件 部件 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用 系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、 MC68HC05/11/12/16、68300、数目众多ARM芯片等。目前MCU 占嵌入式系统约70％的市场份额。
适用于计算中心等较大 的计算机系统 适用于多个用户共享系 统资源 适用于嵌入式设备和有 实时性要求的系统中 实时操作系统是我 们介绍的重点
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 实时操作系统的特点
IEEE 的实时UNIX分委会认为实时操作系统应具 备以下的几点: 异步的事件响应 切换时间和中断延迟时间确定 优先级中断和调度 抢占式调度 内存锁定 连续文件 同步
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 基本概念
——前后台系统
对基于芯片的开发来说，应用程序一般是一个无 限的循环，可称为前后台系统或超循环系统。 很多基于微处理器的产品采用前后台系统设计， 例如微波炉、电话机、玩具等。在另外一些基于微处 理器应用中，从省电的角度出发，平时微处理器处在 停机状态，所有事都靠中断服务来完成。
周立功单片机
Βιβλιοθήκη Baidu
• 嵌入式处理器
——嵌入式DSP处理器
DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执 行DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、 FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正 从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式 DSP处理器。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000 系列。TMS320系列处理器包括 用于控制的 C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的 C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000， DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。另外 PHILIPS公司近年也推出了基于可重臵嵌入式DSP结构低成本、低功 耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器，特点是具备双Harvard结构和 双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 实时操作系统的特点
总的来说实时操作系统是事件驱动的，能对来自 外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应。它 强调的是实时性、可靠性和灵活性, 与实时应用软件相 结合成为有机的整体起着核心作用, 由它来管理和协调 各项工作,为应用软件提供良好的运行软件环境及开发 环境。 从实时系统的应用特点来看实时操作系统可以分 为两种：一般实时操作系统和嵌入式实时操作系统。
周立功单片机
第1章 目录
1. 嵌入式系统 2. 嵌入式处理器 3. 嵌入式操作系统
周立功单片机
• 嵌入式处理器
——概述
早期的嵌入式系统通常使用普通个人计算机（PC） 中的通用处理器。近年来，随着大量先进的微处理器 制造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处 理器建造，而不是用通用目的的处理器。 这些嵌入式 处理器可以大致分为以下几类： 注重嵌入式处理器的尺寸、能耗和价格。应用于 PDA等不注重计算的设备； 注重嵌入式处理器的性能。应用于路由器等计算 密集型的设备； 注重嵌入式处理器的性能、尺寸、能耗和价格。 应用于蜂窝电话等设备；
前车门控 制系统 发动器控 制系统 后车门控 制系统 尾灯控制 系统 所有的控 制系统都 是一个完 整的嵌入 式系统
马达
座椅控制 系统
控制器 车灯
周立功单片机
• 嵌入式系统的未来
早在1990年之前，嵌入式系统通常是很简单的且 具有很长的产品生命周期的自主设备。近些年来，嵌 入式工业经历了巨大的变革。 产品市场窗口现在预计翻番的周期狂热到6～9个 月。 全球重新定义市场的机会和膨胀的应用空间。 互联现在是一个需求而不是辅助性的，包括用有 线和刚刚显露头角的无线技术。 基于电子的产品更复杂化。 互联嵌入式系统产生新的依赖网络基础设施的应 用。 微处理器的处理能力按莫尔定律（Moore’s L aw） 预计的速度在增加。该定律认为集成电路和晶体管 个数每18个月翻一番。
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 概述
多道批处理操作系统 监 控 程 序 操 作 系 统 分时操作系统 实时操作系统 时 间 先 后
适用于计算中心等较大 的计算机系统 适用于多个用户共享系 统资源 适用于嵌入式设备和有 实时性要求的系统中
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 概述
多道批处理操作系统 监 控 程 序 操 作 系 统 分时操作系统 实时操作系统 时 间 先 后
周立功单片机
1.2 嵌入式处理器
• 分类
嵌入式处理器可以分为以下几大类：
嵌入式微处理器； 嵌入式微控制器； 嵌入式DSP处理器； 嵌入式片上系统（SOC）。
周立功单片机
• 嵌入式处理器
——嵌入式微处理器
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将 微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的 母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式 应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基 本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做 了各种增强。 和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、 成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、 总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密 性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块 电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。
周立功单片机
• 基本概念
——前后台系统
后台 循环中调用 相应的函数完成 相应的操作，这 部分可以看成后 台行为，后台也 可以叫做任务级。 这种系统在处理 的及时性上比实 际可以做到的要 差。
前台 中断服务程 序处理异步事件， 这部分可以看成 前台行为，前台 也叫中断级。时 间相关性很强的 关键操作一定是 靠中断服务程序 来保证的。
周立功单片机
• 现实中的嵌入式系统
即使不可见，嵌入式系统也无处不在。嵌入式系 统在很多产业中得到了广泛的应用并逐步改变着这些 产业，包括工业自动化、国防、运输和航天领域。例 如神州飞船和长征火箭中肯定有很多嵌入式系统，导 弹的制导系统也是嵌入式系统，高档汽车中也有多达 几十个嵌入式系统。 在日常生活中，人们使用各种嵌入式系统，但未 必知道它们。事实上，几乎所有带有一点“智能”的 家电（全自动洗衣机、电脑电饭煲…）都是嵌入式系 统。嵌入式系统广泛的适应能力和多样性，使得视听、 工作场所甚至健身设备中到处都有嵌入式系统。
周立功单片机
第1章 目录
1. 嵌入式系统 2. 嵌入式处理器 3. 嵌入式操作系统
周立功单片机
1.3 嵌入式操作系统
• 概述
计算机系统由硬件和软件组成，在发展初期没有 操作系统这个概念，用户使用监控程序来使用计算机。 随着计算机技术的发展，计算机系统的硬件、软件资 源也愈来愈丰富，监控程序已不能适应计算机应用的 要求。于是在六十年代中期监控程序又进一步发展形 成了操作系统(Operating System)。发展到现在，广泛 使用的有三种操作系统即多道批处理操作系统、分时 操作系统以及实时操作系统。
●从系统的角度定义：嵌入式系统是设计完成复杂 功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算 机系统。术语嵌入式反映了这些系统通常是更大系 统中的一个完整的部分，称为嵌入的系统。嵌入的 系统中可以共存多个嵌入式系统。
周立功单片机
• 嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
周立功单片机
• 嵌入式系统示例 ——汽车控制系统
目录
• • • • • • • • 第一章 嵌入式系统概述 第二章 嵌入式系统工程设计 第三章 ARM7体系结构 第四章 ARM7TDMI(-S)指令系统 第五章 LPC2000系列ARM硬件结构 第六章 接口技术与硬件设计 第七章 移植μC/OS-II到ARM7 第八章 嵌入式系统开发平台
周立功单片机
周立功单片机
• 现实中的嵌入式系统
周立功单片机
• 嵌入式系统的概念
目前，对嵌入式系统的定义多种多样，但没有一 种定义是全面的。下面给出两种比较合理定义：
●从技术的角度定义：以应用为中心、以计算机技 术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、 可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机 系统。
第1章 嵌入式系统概述
周立功单片机
第1章 目录
1. 嵌入式系统 2. 嵌入式处理器 3. 嵌入式操作系统
周立功单片机
第1章 目录
1. 嵌入式系统 2. 嵌入式处理器 3. 嵌入式操作系统
周立功单片机
1.1 嵌入式系统
• 概述
经过几十年的发展，嵌入式系统已经在很大程度 改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且这些改变 还在加速。嵌入式系统具有无数的种类，每类都具有 自己独特的个性。例如，MP3、数码相机与打印机就 有很大的不同。汽车中更是具有多个嵌入式系统，使 汽车更轻快、更干净、更容易驾驶。